浙教版 初中科学 九上 3.6 热机效率、热效率综合练习（含答案）

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热机效率、热效率综合练习
1.某新型四轮沙滩卡丁车如图所示，其满载时的质量为500kg。该卡丁车满载时在水平沙滩上做匀速直线运动，行驶了10min，共消耗了1.2kg的汽油，其发动机将汽油完全燃烧释放的热量转化为机械能的效率是25%。行驶过程中卡丁车所受阻力为其总重力的0.2倍。（q汽油＝4.6×107J/kg，g＝10N/kg）求：
（1）卡丁车匀速行驶时受到的阻力是多大？
（2）这段时间内卡丁车发动机的机械功率是多少？
（3）卡丁车匀速行驶的速度是多少？
2.某型号汽车整车与驾驶员的总质量是2 060 kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为1.5×10－3 m3.(g＝10 N/kg，ρ汽油＝0.7×103 kg/m3，q汽油＝4.5×107 J/kg) 求：
(1)汽车与驾驶员的总重力；
(2)测试过程中消耗汽油的质量；
(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少．
3.在第一次工业革命中，蒸汽机的出现开创了以机器代替手工劳动的时代，极大的推动了人类社会的发展。蒸汽机的工作原理是利用燃料加热蒸汽锅炉中的水，蒸汽锅炉中的水沸腾为水蒸气，蒸汽推动活塞运动。如图所示，有一辆质量为100t的蒸汽机车在一段平直的轨道上匀速运动，它所受的阻力为车重的0.2倍，当它运行2400m时，需要完全燃烧200kg煤。（已知：q煤=3×107J/kg）求：
（1）在加热水的过程中，把质量为2t，初温为25℃的水加热至沸腾，水需要吸收多少热量？（在一个标准大气压下）
（2）完全燃烧200kg煤可以放出多少热量？
（3）蒸汽机车在平直轨道上运行时的效率？
4.如图所示额定容量为2L，额定加热功率为1500W某品牌的养生壶。壶中装入额定容量、温度为25℃的水，将壶中水加热至95℃。（不计热量损失）求：
（1）壶中水的质量；
（2）水吸收的热量；
（3）若使用天然气加热这壶水，至少需要多少m3的天然气？（已知天然气热值为3.36×107J/m3）
5.如图为某品牌家用电速热水龙头。打开水龙头，3-5秒就可流出热水。电速热水龙头的额定电压是220V，额定功率是3300W。某次该水龙头在额定电压下工作时，流入水的初温为15℃，在加热的21s时间内，得到0.45千克、末温48℃的热水。
（1）该速热水龙头的电阻为多少？（取整数）
（2）该速热水龙头工作效率为多少？[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
6．电压力锅是传统高压锅和电饭锅的升级换代产品，它综合了压力锅和电饭锅的优点．下表是某品牌电压力锅的部分参数．
容量/kg 5
额定电压/V 220
额定功率/W 900
（1）高压锅的原理是液体沸点随着液面上方气压升高而增大；
（2）该电压力锅贮满初温为20℃的水后，在一标准大气压下将其烧开，则在此过程中水吸收的热量是多少焦耳？[c水=4.2×103J/（kg ℃）]；
（3）该电压力锅的发热电阻的阻值是多少欧姆？若在实际电压为110V的工作环境下，该电热水器的实际功率是多少瓦特？（忽略温度对电压力锅电阻的影响，保留一位小数）．
7．“绿色出行，低碳生活”，新能源汽车靠电池提供能量，具有环保节能、高效等优势，已成为人们日常使用的重要交通工具。如图所示是一款新型电动汽车，该电动汽车内部的电池能量为45kW h，电动机工作时把80%的电能转化为动能后需重新充电。（已知q汽油＝4.6×107J/kg，g＝10N/kg）求：
（1）该汽车以额定功率9.6kW匀速行驶，当速度为36km/h时，所受平均阻力；
（2）该汽车电池充满电后使用，以36km/h的速度在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶的路程；
（3）燃油汽车把汽油燃烧放出的能量转化为动能的效率为25%。与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供动能，燃油汽车需要燃烧多少千克的汽油（结果保留一位小数）。
8.电动汽车是未来汽车的一种发展方向，但由于受电池技术的限制，混合动力汽车是一种目前较好的过渡产品。当需要高速行驶或蓄电池的电能过低时，内燃机就会启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。某款混合动力汽车车速与所受阻力的关系如图所示。在某次测试中，测试前蓄电池内已储存电能1×108J，测试中内燃机提供全部能量，汽车以50km/h的速度水平匀速行驶了1h，同时蓄电池的电能在原来基础上又增加了25%，求：
（1）在该次测试中，所用燃料的热值是4.5×107J/kg，测试过程中消耗10kg的燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的热量是多少？
（2）在该次测试中，汽车牵引力做的功是多少J？增加的电能是多少J？
（3）在该次测试中，混合动力汽车内燃机的效率是多少？
热机效率、热效率综合练习
1.某新型四轮沙滩卡丁车如图所示，其满载时的质量为500kg。该卡丁车满载时在水平沙滩上做匀速直线运动，行驶了10min，共消耗了1.2kg的汽油，其发动机将汽油完全燃烧释放的热量转化为机械能的效率是25%。行驶过程中卡丁车所受阻力为其总重力的0.2倍。（q汽油＝4.6×107J/kg，g＝10N/kg）求：
（1）卡丁车匀速行驶时受到的阻力是多大？
（2）这段时间内卡丁车发动机的机械功率是多少？
（3）卡丁车匀速行驶的速度是多少？
（1）1000N；（2）2.3×104W；（3）23m/s
【解析】解：（1）卡丁车匀速行驶时受到的阻力是
（2）完全燃烧的汽油放出的热量为
这段时间内卡丁车发动机所做的机械功为
这段时间内卡丁车发动机的机械功率是
（3）卡丁车匀速行驶，卡丁车的牵引力与摩擦力是一对平衡力，大小相等，故牵引力大小为
由得，卡丁车的速度是
答：（1）卡丁车匀速行驶时受到的阻力是1000N；
（2）这段时间内卡丁车发动机的机械功率是2.3×104W；
（3）卡丁车匀速行驶的速度是23m/s。
2.某型号汽车整车与驾驶员的总质量是2 060 kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为1.5×10－3 m3.(g＝10 N/kg，ρ汽油＝0.7×103 kg/m3，q汽油＝4.5×107 J/kg) 求：
(1)汽车与驾驶员的总重力；
(2)测试过程中消耗汽油的质量；
(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少．
【解析】：
(1)汽车与驾驶员的总重力G＝mg＝2 060 kg×10 N/kg＝20 600 N
(2)测试过程中消耗汽油的质量m汽油＝ρ汽油V＝0.7×103 kg/m3×1.5×10-3 m3＝1.05 kg
(3)汽油完全燃烧放出的热量Q总＝m汽油q汽油＝1.05 kg×4.5×107 J/kg＝4.725×107 J
汽车测试过程中做的有用功W有＝η×Q总＝40%×4.725×107 J＝1.89×107 J
3.在第一次工业革命中，蒸汽机的出现开创了以机器代替手工劳动的时代，极大的推动了人类社会的发展。蒸汽机的工作原理是利用燃料加热蒸汽锅炉中的水，蒸汽锅炉中的水沸腾为水蒸气，蒸汽推动活塞运动。如图所示，有一辆质量为100t的蒸汽机车在一段平直的轨道上匀速运动，它所受的阻力为车重的0.2倍，当它运行2400m时，需要完全燃烧200kg煤。（已知：q煤=3×107J/kg）求：
（1）在加热水的过程中，把质量为2t，初温为25℃的水加热至沸腾，水需要吸收多少热量？（在一个标准大气压下）
（2）完全燃烧200kg煤可以放出多少热量？
（3）蒸汽机车在平直轨道上运行时的效率？
（1）6.3×108 J；（2）6×109 J；（3）8%
【解析】解：（1）水吸收的热量为
（2）煤完全燃烧放出的热量为
（3）蒸汽机车的重力为
因为蒸汽机车在平直的轨道上匀速运动，所以
故其蒸汽机车行驶的过程中所做的有用功为
所以蒸汽机车在平直轨道上运行时的效率
4.如图所示额定容量为2L，额定加热功率为1500W某品牌的养生壶。壶中装入额定容量、温度为25℃的水，将壶中水加热至95℃。（不计热量损失）求：
（1）壶中水的质量；
（2）水吸收的热量；
（3）若使用天然气加热这壶水，至少需要多少m3的天然气？（已知天然气热值为3.36×107J/m3）
（1）2kg；（2）5.88×105J；（3）0.0175m3
【解析】解：（1）由可知，壶中水的质量 m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg
（2）水吸收的热量 Q吸=cm（t﹣t0)=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（95℃﹣25℃)=5.88×105J
（3）若不计热量损失，天然气完全燃烧放出的热量 Q放=Q吸=5.88×105J
由Q放=Vq可知，完全燃烧天然气的体积
答：（1）壶中水的质量为2kg；
（2）水吸收的热量为5.88×105J；
（3）若使用天然气加热这壶水，至少需要0.0175m3的天然气。
5.如图为某品牌家用电速热水龙头。打开水龙头，3-5秒就可流出热水。电速热水龙头的额定电压是220V，额定功率是3300W。某次该水龙头在额定电压下工作时，流入水的初温为15℃，在加热的21s时间内，得到0.45千克、末温48℃的热水。
（1）该速热水龙头的电阻为多少？（取整数）
（2）该速热水龙头工作效率为多少？[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
【答案】 （1）R= = =15Ω
（2）Ptη=cm(t2-t1)
η= = =90%
【答案】（1）1.44×106J；（2）4.8℃
【解析】
【详解】解：（1）30分钟取暖器消耗的电能
W=Pt=800W×1800s=1.44×106J
（2）取暖器放出热量的15%被空气吸收，即
Q放×15%=Q吸
取暖器放出的热量
Q放=W
空气吸收的热量
Q吸=cm t
即
W ×15%=cm t
带入数值得
答：（1）该取暖器消耗的电能为1.44×106J；
（2）若房间里空气质量为45千克，取暖器放出热量的15%被空气吸收，则房间里空气温度升高4.8℃。
6．电压力锅是传统高压锅和电饭锅的升级换代产品，它综合了压力锅和电饭锅的优点．下表是某品牌电压力锅的部分参数．
容量/kg 5
额定电压/V 220
额定功率/W 900
（1）高压锅的原理是液体沸点随着液面上方气压升高而增大；
（2）该电压力锅贮满初温为20℃的水后，在一标准大气压下将其烧开，则在此过程中水吸收的热量是多少焦耳？[c水=4.2×103J/（kg ℃）]；
（3）该电压力锅的发热电阻的阻值是多少欧姆？若在实际电压为110V的工作环境下，该电热水器的实际功率是多少瓦特？（忽略温度对电压力锅电阻的影响，保留一位小数）．
答：（1）增大；
（2）在此过程中水吸收的热量是1.68×106J；
（3）该电压力锅的发热电阻的阻值是53.8Ω；在实际电压为110V的工作环境下，该电热水器的实际功率是225W．
7．“绿色出行，低碳生活”，新能源汽车靠电池提供能量，具有环保节能、高效等优势，已成为人们日常使用的重要交通工具。如图所示是一款新型电动汽车，该电动汽车内部的电池能量为45kW h，电动机工作时把80%的电能转化为动能后需重新充电。（已知q汽油＝4.6×107J/kg，g＝10N/kg）求：
（1）该汽车以额定功率9.6kW匀速行驶，当速度为36km/h时，所受平均阻力；
（2）该汽车电池充满电后使用，以36km/h的速度在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶的路程；
（3）燃油汽车把汽油燃烧放出的能量转化为动能的效率为25%。与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供动能，燃油汽车需要燃烧多少千克的汽油（结果保留一位小数）。
（1）960N；（2）135km；（3）11.3kg
【解析】（1）汽车行驶的速度 v＝36km/h＝10m/s
因汽车以额定功率匀速行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，
所以所受平均阻力
（2）根据
8.电动汽车是未来汽车的一种发展方向，但由于受电池技术的限制，混合动力汽车是一种目前较好的过渡产品。当需要高速行驶或蓄电池的电能过低时，内燃机就会启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。某款混合动力汽车车速与所受阻力的关系如图所示。在某次测试中，测试前蓄电池内已储存电能1×108J，测试中内燃机提供全部能量，汽车以50km/h的速度水平匀速行驶了1h，同时蓄电池的电能在原来基础上又增加了25%，求：
（1）在该次测试中，所用燃料的热值是4.5×107J/kg，测试过程中消耗10kg的燃料（假设燃料完全燃烧），则放出的热量是多少？
（2）在该次测试中，汽车牵引力做的功是多少J？增加的电能是多少J？
（3）在该次测试中，混合动力汽车内燃机的效率是多少？
（1）4.5×108J；（2）2×108J，2.5×107J；（3）50%
【解析】解：（1）燃料的热值为，测试过程中消耗10kg燃料，燃料完全燃烧释放的热量为
（2）由图像知，汽车时速50km/h时，汽车受到的阻力为4000N，汽车进行匀速直线运动，汽车受到的牵引力和阻力是平衡力，两者大小相等，故汽车牵引力是4000N，汽车50km/h行驶是1h，汽车行驶的路程为
汽车牵引力做功为
测试前蓄电池已储存的电能为1×108J，蓄电池的电能增加了25%，故蓄电池增加的电能为
（3）内燃机做功的有用功为
内燃机的效率为
答：（1）放出的热量是4.5×108J；
（2）在该次测试中，汽车牵引力做的功是2×108J；增加的电能是2.5×107J；
（3）在该次测试中，混合动力汽车内燃机的效率是50%。
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